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[摘要]衰老是机体各种生化反应的综合表现,是体内外许多因素(环境污染、精神紧张、遗传等)共同作用的结果。人类社会逐步进入老龄化,老年人在社会中所占的比重越来越大,随着这一现象的发生,各种“老年病”发生的几率也越来越高。已有很多研究表明,抗衰老治疗对一些疾病的预防与辅助治疗具有价值,对帕金森病的治疗,已有临床及实验研究证明了抗衰老治疗的潜在价值,但对于帕金森病抗衰老治疗的作用机制至今没有明确的论述。为此,该文以具有临床报道的中医抗衰老方剂补阳还五汤为载体,探讨帕金森病的抗衰老治疗机制。研究结果发现,在抗衰老的几种机制中,线粒体损伤、细胞凋亡、自由基与氧化应激等机制有助于帕金森病的辅助治疗。该文以补阳还五汤为载体,但所发现的帕金森病的抗衰老辅助治疗机制不仅仅限于补阳还五汤,亦可通过其他抗衰老手段产生类似的结果。该文的贡献主要在于明确了帕金森病抗衰老治疗的机制,为帕金森病的辅助治疗与预防提供了新的策略。
[关键词]抗衰老治疗; 帕金森疾病; 补阳还五汤; 机制研究
衰老是机体在退化时期细胞、组织、器官的生理功能下降和紊乱的综合表现,是不可逆的生命过程。衰老是客观存在的,是细胞生命活动的客观规律。衰老一般可分为2类,即生理性衰老及病理性衰老。研究表明,衰老过程尽管不可避免,可近年来与衰老相关疾病的发病率的增加,对社会和家庭的危害日益增大,导致抗衰老和相关疾病的预防与治疗已成为当前的研究热点。且已有研究表明抗衰老治疗的可行性[1]。
帕金森病(Parkinson′s disease,PD)是常见的中老年人神经系统退行性疾病,以运动减少、肌肉强直和震颤为主要症状。PD的发病率随年龄增长而增加,50岁以上的发病率为05%,60岁以上为1%[2]。目前,针对PD的治疗多采用抗胆碱药、左旋多巴和复方左旋多巴及多巴胺受体激动剂。但大多数患者服用左旋多巴3~5年后疗效减退,并产生治疗开关现象、运动障碍和精神症状等副作用,使治疗更加困难。因此,临床及实验研究关于抗衰老治疗帕金森疾病的证明[35],体现了抗衰老的潜在价值。
补阳还五汤出自《医林改错》,为晚清名医汪清任所创,具有补气活血、祛瘀通络功效,用于半身不遂、口眼歪斜。语言謇塞、口角流涎等是益气活血的代表方剂,也是治疗气虚血瘀证之中风后遗症的常用方。此外,补阳还五汤还具有延缓衰老及防治老年病的功效[6]。且临床实例[7]证明,补阳还五汤对帕金森病有很好的疗效,且治愈率高。
本文以既有抗衰老作用,又有对帕金森有辅助治疗作用的补阳还五汤为载体,基于实体语法系统揭示补阳还五汤的抗衰老机制和补阳还五汤治疗帕金森病的机制,然后从中分析补阳还五汤抗衰老途径产生的帕金森病治疗作用,从而探讨抗衰老对帕金森病治疗有效的机制。
1数据与方法
1.1数据来源补阳还五汤化学成分及化学成分潜在靶点:以“中药作用机理辅助解析系统”中中药化学成分及其作用靶点数据为基础,整理补阳还五汤相关数据。本研究采用的数据来源于TCMSP数据库(http://smnwsuafeducn/lsp/tcmspphp)和TCMID数据库(http://wwwmegabionetorg/tcmid/)。由于TCMSP数据库未收录“地龙”相关数据,因此“地龙”的化学成分从TCMID数据库中获得,再从TCMSP数据库里找到与化学成分对应的靶点和疾病。其中,黄芪含有化学成分87个,桃仁66个化学成分,红花1.89个化学成分,川芎1.89个化学成分,当归1.2.5个化学成分,赤芍73个化学成分以及地龙1.3个化学成分。黄芪中87个化学成分得到相关靶点792个,桃仁中66个化学成分得到相关靶点4.70个,红花中1.89个化学成分得到相关靶点1 1.50个,川芎中1.89个化学成分得到相关靶点1 4.67个,当归中1.2.5个化学成分得到靶点882个,赤芍中73个化学成分得到相关靶点4.4.1个,地龙中1.3个化学成分得到相关靶点1 05.5个。
PD相关靶点:PD相关靶点来源于TTD[Therapeutic Targets Database(疾病治疗靶点数据库),http://xincz3nusedusg/group/cjttd/ttdasp]数据库,共80个相关靶点。
抗衰老相关的基因:抗衰老相关的基因来源于http://genomicssenescenceinfo/longevity,共2.91个相关基因。
1.2网络构建基于中药语法系统(directed TCM grammar systems,dTGS)的靶点关系网络构建:实体语法系统(entity grammar systems,EGS)是针对生物复杂系统研究而提出的一种形式语法系统[8]。通常情况下,实体语法系统用五元组G=(VN,VT,F,P,S)表示,其中VN和VT表示系统中的基本元素,F表示基本元素之间的结构关系,P代表由已知的实体产生新实体的推理规则,S表示系统初始状态,即推理的起点。当无需考虑或区分末端字符与非末端字符时,实体语法系统可用四元组G=(V,F,P,S)表示,其中V=VN∪VT。
本研究中集合V包括不同的节点类型(化学成分、化学成分对应靶点、蛋白、疾病相关靶点等),集合F包含网络中不同的节点关系类型,集合P包含的规则用于节点间关系的推断。基于实体语法系统的“中药作用机理辅助解析系统”原理和技术方法具体见参考文献[910]。最终利用软件Cytosacpe_v3.2.1(http://wwwcytoscapeorg)实现网络的可视化。
2结果
2.1补阳还五汤复方治疗帕金森病的生物分子作用网络根据中药化学成分及靶点数据库,目前已明确发现或治疗帕金森病靶点数据库,利用中药实体语法系统方法,构建了补阳还五汤复方主要化学成分靶点疾病相互作用关系网络,结果见图1。
TR,DL,HH,CX,DG,HQ,CS代表补阳还五汤中的7味药物,椭圆形代表化学成分,三角形代表化学成分靶点,八角形代表既是化学成分又是疾病靶点,六角形代表既是化学成分靶点又是抗衰老基因,V形代表疾病靶点,菱形代表抗衰老基因,平行四边形代表疾病相关蛋白,正方形代表抗衰老基因相关蛋白(图2,3同)。
由图1可知,识别出PD靶点4个,分别为含黄素胺氧化酶A、多巴胺D3受体、囊泡相关膜蛋白1、NR4A2。其中化学成分靶点中有1.1个靶点也是PD靶点,分别为谷氨酰胺合成酶、RACα丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶、α突触、D(4)多巴胺受体、髓过氧化物酶、低密度脂蛋白受体、δ阿片受体、M5型乙酰胆碱受体、M2型乙酰胆碱受体、2乙酰辅酶A羧化酶、5羟色胺2A受体。这说明,补阳还五汤中的某些化学成分可以通过这些靶点对PD进行直接干预治疗。此外,其余的化学成分靶点是通过多条蛋白作用于4个PD靶点,表明补阳还五汤是通过多种化学成分经过多种途径作用于PD靶点。结果表明,补阳还五汤治疗PD,主要体现为以下几个方面。
线粒体功能障碍和氧化应激在PD发病中起重要作用:脑对能量供给的改变非常敏感,mtDNA的突变可影响其所编码的线粒体呼吸链复合物的功能,使线粒体能量产出降低,最终影响脑的功能[11]。实验表明[12],异常的mtDNA可引起PD患者黑质线粒体复合物Ⅰ活性下降,可能参与PD发病机制。
大量研究证实氧化应激和活性氧的毒性损伤作用是多巴胺能神经元变性的主要原因,研究发现PD患者黑质区脂质过氧化产物――丙二醛和过氧化氢脂质的浓度高于正常10倍之多,同时胞质内DNA氧化损伤的标记物8羟基鸟嘌呤和蛋白质羰基水平也明显增强。这些生物大分子氧化应激损伤的证据有力说明PD的发病与ROS[如H2O2,OH-,超氧阴离子(O2-)、过氧亚硝酸盐(ONOO-)等]介导的氧化损伤密切相关[13]。
免疫异常:越来越多的证据显示在帕金森病疾病过程中,中枢神经系统的免疫异常和炎症反应参与了神经元的变性坏死,主要表现为小胶质细胞的过度激活和细胞因子水平升高。小胶质细胞的激活可促进ROS和毒性细胞因子的释放,引起氧化应激和线粒体功能障碍,加重神经元的损伤。帕金森病患者外周血中也存在免疫状态异常如T淋巴细胞亚群的改变,NK细胞活性异常等,目前认为是一种继发的非特异性免疫功能紊乱,但它可进一步影响机体的免疫状态,加重疾病进展。
蛋白水解应激:是指细胞内受损蛋白不断增多,而清除受损蛋白的泛素蛋白酶体(UPS)蛋白降解系统功能减退,致使异常蛋白发生聚集[14]。PD是一种蛋白降解障碍性疾病,α突触蛋白为一小蛋白质,在许多脑区中含量丰富,多集中于神经元突触末梢。αsynuclein基因Ala5.3Thr和Ala3.9Pro的突变导致α突触蛋白异常沉积,最终形成路易小体。该基因所表达的蛋白质是路易小体的主要组成成分,它在PD发病过程中起重要作用[15]。
细胞凋亡:有研究显示,细胞凋亡是帕金森病患者多巴胺能神经元变性的基本形式,许多基因及其产物通过多种机制参与多巴胺能神经元变形的凋亡过程;另外,多种迹象表明多巴胺转运体和囊泡转运体的异常表达与多巴胺能神经元的变性直接相关[16]。
2.2补阳还五汤复方延缓衰老的生物分子作用网络用相同方法,构建了补阳还五汤复方主要化学成分靶点衰老基因相互作用关系网络,结果见图2。
图2显示,识别出抗衰老相关基因9个,分别是糖皮质激素受体,雌激素受体,热休克蛋白90α,DNA拓扑异构酶2α,细胞周期蛋白依赖性激酶4抑制剂,血清对氧磷酶/酯酶1,瞬时受体电位阳离子通道亚家族1,小泛素相关修饰剂1,TaTa盒结合蛋白。化学成分靶点中有2.6个也是抗衰老基因,分别是有丝分裂原激活蛋白激酶9,成纤维细胞生长因子2.1,myc原癌基因蛋白,α核因子κB抑制子,成纤维细胞生长因子2.3,酪蛋白激酶I型,微管相关蛋白,表皮生长因子,转化生长因子β1,有丝分裂原激活蛋白激酶8,细胞色素,氧化酶亚基1,DNA聚合酶β,有丝分裂原激活蛋白激酶3,细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂1,Mn超氧化物歧化酶,过氧化氢酶,GTPase HRAS,载脂蛋白E,Noggin,成纤维细胞生长因子受体1,谷氨酸半胱氨酸连接酶调节亚基,转录因子NFE2相关因子2,叉头框蛋白O3,表皮生长因子受体,转录因子AP1,肿瘤坏死因子,这说明,补阳还五汤中的某些化学成分可以通过这些靶点在抗衰老方面起作用。此外,其余的化学成分靶点是通过多条蛋白作用于9个抗衰老基因,表明补阳还五汤是通过多种化学成分经过多种途径对抗衰老有作用。结果表明,补阳还五汤对抗衰老的作用机制,主要为4个方面。
抗衰老中的线粒体DNA:mtDNA损伤后可引起呼吸链有关蛋白质亚单位的合成障碍,形成有缺陷的呼吸链,呼吸链功能因此而受损,导致机体细胞ATP合成水平降低,提供给细胞的能量不足,从而出现一系列衰老表现,尤其是心、脑等以ATP为主要能源的代谢旺盛器官表现尤甚[17]。
抗衰老与细胞凋亡:细胞凋亡是一种由基因控制的细胞自主性死亡方式,是一种主动的、程序性的、细胞固有的生物学过程,又称细胞程序性死亡[18]。结果中识别出的myc原癌基因蛋白,对细胞具有2个方面的作用,既可参与细胞的增生转化又可诱导或促进细胞凋亡的发生,是一种早期快反应基因;它的表达可以使细胞从G0期过渡到G1期,细胞周期变短分裂加速,而在细胞分化时cmyc表达降低细胞生长受到抑制,cmyc可以诱导成纤维细胞、杂交瘤、T细胞、白血病细胞等发生凋亡,且这种作用可因bcl2或突变型P5.3的表达而被抑制[19]。
抗衰老与氧自由基:研究表明[202.1],氧自由基的损伤作用是神经细胞凋亡发生的重要机制之一。氧自由基的氧化应激可活化核因子κB抑制子和AP1,可加速细胞凋亡相关基因的表达,诱发细胞凋亡。酸性成纤维细胞生长因子(aFGF)为体内广泛分布的具有多种生物学效应的细胞生长因子,对中胚层及神经外胚层来源的细胞具有促有丝分裂作用和化学趋化性,能够促进神经再生、血管生成、损伤修复,在细胞发育分化及肿瘤的形成中的作用已获得公认[2.22.3]。